清华林金明团队: 开放微流控中的液滴 - 生成、操作及细胞分析应用

学术   科学   2025-02-07 10:55   英国  

研究背景

开放式液滴微流控技术可以在开放空间中生成、操作和分析离散的液滴。

  • 每个液滴都可作为一个独立的反应室进行平行分析,避免产生交叉污染,保留了传统封闭式液滴微流控技术的微型化、隔室化和平行化优势。
  • 同时,位于开放空间的设备至少有一侧暴露于外部,打破了壁障碍物的限制,增强了液滴微流控技术的灵活性和可操作性,允许进行原位流体操作、集成外部工具以直接访问内容物。

开放式液滴微流控技术结合了这两种技术的优势,已在生物分子检测、化学合成、药物发现和人工细胞等多个领域展现出其巨大的潜力。

研究内容

近日,清华大学林金明教授团队详细综述了开放式微流控系统中的液滴技术,比较了开放式液滴与封闭式液滴的区别,介绍了这些技术的生成和操作方法,讨论了其在细胞培养、细胞分析中的应用,并总结了该领域的优势、挑战以及潜在的应用和前景。

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开放式液滴的生成方法

液滴生成是开放式液滴系统实现的基本步骤。在传统的封闭式液滴微流控中,根据作用力的不同,液滴生成方法通常分为被动生成和主动生成两种。在开放式微流控中,有些液滴生成方法继承了封闭系统的概念并加以扩展,有些则利用开放空间的优势,采用完全创新的模式。本节中作者讨论了开放式微流控中产生液滴的方法。

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开放式液滴的操作方法

各种液滴操作对于多样化的液滴分析至关重要,包括移动、合并、分裂、提取和分类等。本节中作者将主要介绍开放式液滴系统中的代表性操作,包括液滴移动、液滴添加及提取、液滴网络配置。


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开放式液滴的细胞培养

液滴微流控技术的区隔特性为细胞提供了隔离的微环境,能够实现高通量的独立分析。然而,液滴与细胞培养的兼容性存在一些问题,例如贴壁细胞的粘附支持、长期培养中的营养限制等。开放式微流控中的液滴可以具有独特的优势来应对这些挑战。在本节中,作者介绍了典型的开放液滴中的细胞培养形式与方法。


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开放式液滴的细胞分析

开放式微流控芯片中的液滴可作为细胞分析中的多功能微反应器,并实现检测信号的高效读出。在本节中,作者总结了开放式液滴中的细胞分析应用,包括核酸、蛋白质、代谢物和细胞行为。






本文概述了开放式液滴微流控技术的含义,介绍和综述了典型的液滴生成、操作、细胞培养形式以及在细胞分析中的应用。液滴与开放系统的结合产生了 1+1>2 的协同效应,保留了传统液滴微流控的区室化、并行化的特征,也通过开放空间实现了液滴的可寻址性和可访问性,可以作为细胞分析的强大技术。同时,这个领域也面临着一些亟待解决的问题,例如通量受限、蒸发管理和标准化程度不足等。相信随着技术的不断发展,开放液滴微流控技术将逐渐发展成为一种重要的分析平台与工具,帮助研究者发现和破解更多具有挑战性的化学和生物难题。
该成果以“Droplets in Open Microfluidics: Generation, Manipulation, and its Application in Cell Analysis”(《开放微流控中的液滴:生成、操作及其在细胞分析中的应用》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Lab on a Chip 上。

论文信息

  • Droplets in Open Microfluidics: Generation, Manipulation, and its Application in Cell Analysis

    Jiaxu Lin, Ying Hou, Qiang Zhang and Jin-Ming Lin*林金明,清华大学)

    Lab Chip, 2025, Advance Article
    https://doi.org/
    10.1039/D4LC00646A

作者简介

林佳旭 博士研究生
清华大学
本文第一作者,2022 年本科毕业于北京交通大学,现为清华大学化学系博士研究生,导师林金明教授。当前的研究重点是基于开放微流控和液滴技术的单细胞分析。






林金明 教授
清华大学

本文通讯作者,博士,清华大学长聘教授。1997 年获得东京都立大学博士学位,同年留校任教。2001 年入选中国科学院“百人计划”并获得国家杰出青年科学基金的资助,同年受聘中国科学院生态环境研究中心研究员,博士生导师。2004 年受聘清华大学化学系教授,博士生导师,2008 年受聘教育部长江学者特聘教授。2016 年入选英国皇家化学会会士,2023 年入选中国化学会会士。主要研究方向为微流控及其相关仪器研制、化学发光免疫分析、空气负离子制备与应用等。先后主持和完成多项国家自然科学基金科学仪器专项、重点项目、面上项目、国际合作项目以及科技部的多项研发任务。发表研究论文 600 多篇,申请和授权发明专利 53 项并有 20 多项专利获得实施,先后获得国内外学术奖励 30 余项。目前担任中国生物物理学会微流控系统学分会会长,中国化学会理事及分析化学学科副主任,中国微米纳米技术学会理事及微纳流控技术分会副理事长,中国分析测试协会常务理事,Trends in Analytical Chemistry 责任编辑、Chemosensors 主编、J. Pharm. Anal. 副主编、Chinese Chemical Letters 副主编。

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Devices and applications at the micro- and nanoscale

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2-年影响因子*6.1
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仪器仪表
Q1 生物医学研究方法
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中位一审周期39 


Lab on a Chip 报道微米和纳米尺度上的微型化研究,力求发表在物理技术(微米或纳米级的制造、流控、系统集成、分析分离技术等)和应用潜力方面都具有高影响力的原创性工作。该刊最为看重的是论文的创新性,所发表的论文通常要在以下两个方面都有所创新:(i) 微型化器件的物理、工程和材料;(ii) 在生物学、化学、环境科学、食品科学、医学、能源等领域中的应用。

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Associate editors

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    🇫🇷 波尔多大学

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    🇰🇷 蔚山科学技术院

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  • Xingyu Jiang (蒋兴宇)
    🇨🇳 南方科技大学

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    🇳🇱 特温特大学

  • Hang Lu
    🇺🇸 佐治亚理工学院

  • Manabu Tokeshi
    🇯🇵 北海道大学

  • Hongkai Wu (吴洪开)
    🇨🇳🇭🇰 香港科技大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
 CiteScore 2023 by Elsevier
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